【智慧機器人】ROS讓你一手掌握機器人智慧化的關鍵

作者:沈信甫

ROS(Robot Operating System,機器人作業系統),是專為機器人軟體開發所設計出的開源電腦作業系統架構;由於能夠整合各家機器人開發商的技術與成果、同時支援不同的程式語言,ROS 的出現可說是為機器人研究帶來爆炸性的突破。本次南科 AI_ROBOT 自造基地便邀請多位在不同耕耘領域的 ROS 好手,帶領大家一起走進 ROS 的世界,掌握機器人智慧化的關鍵技術,同時也希望以實際的案例應用,激盪出更多元的火花。

打造智慧學習的機器檯燈

第一位講者是 ROS.Taipei 社群版主鄭凱文,本次分享的焦點在於如何用 Open Source 來打造智慧檯燈。凱文原本就讀於台大物理系,卻在大學三年級時,毅然決定轉換跑道,開始選修機械系的課程,因而逐步踏上機器人研發之路。他提到:「我的靈感其實是來自一部叫《阿斯拉》的卡通,第一次知道原來結合人工智慧的機器人,能夠陪伴人類一起成長。」到了 22 歲時,他便加入台北的 fablab,在這個空間中有許多用來進行數位自造的設備,例如 3D 印表機、雷射切割機等,他也因而具備初步接觸軟硬整合的經驗。

而凱文在與 Fablab 進駐夥伴的交流過程中發現一個重大的問題:他們不知道該如何有效地記錄操作設備的相關知識。後來才發現,這其實是因為缺乏好用工具的緣故,像軟體會有版本管理的服務,但硬體卻不會自動紀錄每一個操作流程;因此凱文想到設計程式,控制檯燈主動拍照,協助將操作動作記錄下來。

擬定初步構想後,凱文把計畫案的時間軸設為十年,功能則分成兩大部分,分別是機器端與演算法端,並將 Maker 設為主要使用者。在計畫起步時,馬上面臨「如何讓檯燈知道人所在位置」的挑戰,而要解決問題,便須涉略機器學習中的電腦視覺及語音處理,剛好那時 Google 推出 tensorflow 套件,於是凱文在自己逐步的摸索及實作中,終於完成智慧檯燈的雛形。

ROS.Taipei 社群版主鄭凱文分享智慧檯燈專案(圖片來源:南科 AI_ROBOT 自造基地提供)

實務經驗分享,初階也能快速上手!

接續的講者則是 IcShop.edu 的專案工程師林威志,在2017年時,由於公司希望能把 ROS 開源資源推廣出去,因此由他主導推出第一個 ROS 專案,後來更陸續舉辦各式各樣的課程,試圖將複雜的程式碼,轉化為一般人都能上手的程度。威志提到:「課程的安排由淺入深,從最基礎的影像辨別應用開始,再慢慢進階到自動導航技術,一步步帶著學員們完成所有的課程實作。」不過在課程當中,由於學員們不夠熟悉Linux 作業系統,導致程式開發時經常遇到問題。

因此,為了幫助學員能更有效地學會 ROS,講師們重新調整課綱順序,先從學習工作環境設定開始,例如基本指令、檔案結構、SSH、Git、Nano 等,讓大家能先熟悉系統。另外,由於 ROS 在整個機器人設計架構中,應當是作為通信中介軟體的應用角色,但課堂中也常出現由於學員將自己與 ROS 「劃清界線」,只將 ROS 視為相當龐大的操作系統,進而產生「怎麼學都學不完」的挫折感,導致最後選擇放棄。

在反覆調整課綱的過程中,威志深刻體會到:「我們應該聚焦在 ROS 的本質,而且因為每個人想開發的機器人也都不同,因此更需要優先幫助學員建立相對應的概念。」因為只要依據不同的需求,挑選相應的所需的工具,在開發上就能事半功倍。

IcShop.edu 的專案工程師林威志分享推廣 ROS 遇到的問題(圖片來源:南科 AI_ROBOT 自造基地提供)

開發機器人大腦-室內導航實務應用

接著則是雲林科技大學的助理教授賴俊吉,為我們分享機器人 SLAM 技術定位導航與應用。賴教授首先提出的問題是:「為什麼機器需要 SLAM?」他以開車的情境來舉例,當我們使用自動導航時,會先設定目的地,系統便會自動規劃從所在位置到目的地的路線,我們只須沿著路徑走即可,而開發機器人也可遵循相同的步驟來處理。

博士論文就是研究 SLAM 的賴教授,提到 SLAM 是以同步定位和地圖建構的概念去執行,若希望機器人從未知環境中的未知地點出發,就要在機器人的運動過程中,透過重複觀測到的環境特徵 Landmark (例如牆角、柱子等)來定位自身位置和姿態,再根據自身位置增量式地構建地標,進而完成定位,並同時完成地標/地圖的構建。

雲科大的助理教授賴俊吉分享 SLAM 定位與導航技術(圖片來源:南科 AI_ROBOT 自造基地提供)

結語

過去由於機器人的開發設計缺乏整合,導致各家廠商和開發者各自掌握技術與成果,資源無法被有效運用,研發歷程曠日費時;而隨著開源文化蓬勃發展,現今 Maker 們能夠共享彼此的資源與研究成果,再加上近幾年傳統產業紛紛轉型,朝向智慧自動化演進,於是研發機器人系統,用以解決實際作業與生活問題愈顯重要,而 ROS 便是讓 Maker 能夠快速進入機器人領域的重要角色之一;希望掌握了 ROS 系統後,會有越來越多 Maker 投入機器人領域,創造更多元的應用方案!

參與活動的多位講師與學員們會後開心合影

(本文節錄整理自【ROS必須懂】一手掌握機器人智慧化的關鍵技術! 責任編輯:賴芳如)

沈 信甫

沈 信甫

在詩人心裡,鋼鐵能與蝴蝶相遇。
不輕易向現實妥協的工科文青生,只想認真享受當下所帶來的美好。
現為MakerPRO實習記者。
沈 信甫

Author: 沈 信甫

在詩人心裡,鋼鐵能與蝴蝶相遇。 不輕易向現實妥協的工科文青生,只想認真享受當下所帶來的美好。 現為MakerPRO實習記者。

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